霍爾果斯背斜構(gòu)造變形特征及空間展布規(guī)律

李詠絮，周小軍

（西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610500）

準(zhǔn)噶爾盆地南緣，位于北天山以北、準(zhǔn)噶爾克拉通以南，自新生代以來，屬于環(huán)青藏高原盆山體系，受歐-印板塊陸-陸碰撞后遠(yuǎn)距離效應(yīng)的影響，形成前陸褶皺沖斷帶，具有復(fù)雜的“東西分段、南北分帶、垂向分層”的構(gòu)造特征[1-4]。高探 1 井的發(fā)現(xiàn)表明準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣資源十分豐富，且南緣中段構(gòu)造是重點(diǎn)突破領(lǐng)域。霍爾果斯背斜位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣第二排深部基底卷入型斷褶帶，是南緣主力勘探地區(qū)之一[5-6]，具有多幕的構(gòu)造特征。受地震剖面品質(zhì)限制，相關(guān)研究多集中在背斜淺部，其勘探也主要集中在中、淺部，且中深部為有利勘探方向。本文應(yīng)用斷層相關(guān)褶皺理論，對霍爾果斯背斜高品質(zhì)地震剖面深部進(jìn)行精細(xì)化解釋；利用平衡地質(zhì)剖面技術(shù)，模擬霍爾果斯背斜的形成與演化[7-8]，采用三維構(gòu)造建模方法，厘清霍爾果斯背斜走向上的空間展布規(guī)律，以期助力于霍爾果斯背斜的油氣勘探與開發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地南緣前陸褶皺沖斷帶在新生代的主要受南北向擠壓作用和滑脫層空間分布特征的影響[9]。古近紀(jì)以來，隨著特提斯洋的閉合、印度板塊和歐亞板塊碰撞、青藏高原隆升，產(chǎn)生的持續(xù)擠壓應(yīng)力使準(zhǔn)噶爾盆地南緣產(chǎn)生褶皺沖斷?；魻柟贡承蔽挥跍?zhǔn)噶爾盆地南緣第二排構(gòu)造帶西段，沿應(yīng)力方向其南北側(cè)分別為南安集海背斜、安集海背斜，沿背斜走向其東側(cè)緊鄰瑪納斯背斜?；魻柟贡承闭w呈近東西向、北翼較陡、南翼寬緩的長軸背斜，在南北方向?yàn)橄嘞蚰鏀嗔阉刂啤?/p>

本次研究中可識別的地層從上到下依次為：塔西河組（N1t）、沙灣組（N1s）、安集海河組（E2-3a）、紫泥泉子組（E1-2z）、東溝組（K2d）、勝金口組（K1s）、清水河組（K1q）、齊古組（J3q）、頭屯河組（J2t）、西山窯組（J2x）。其中，發(fā)育的構(gòu)造滑脫層有西山窯組（J2x）煤層、勝金口組（K1s）泥巖夾泥質(zhì)砂巖、安集海河組（E2-3a）泥巖夾泥灰?guī)r、塔西河組（N1t）膏巖層[10]四套。

2 構(gòu)造幾何學(xué)特征

根據(jù)地震剖面反射波同相軸錯斷或終止、傾角域變化等特征，結(jié)合地層標(biāo)定，可對霍爾果斯背斜地震反射特征做如下分析：深部反射波同相軸向上凸起，可見明顯的斷點(diǎn)反射和軸面錯斷，推測有大型逆沖斷層；中部可見明顯傾角域的變化、地層界線的重復(fù)，推測為多條逆沖斷層的垂向疊置，淺部有明顯的地層切割現(xiàn)象，推測有逆沖斷層的存在。

根據(jù)地震反射特征，結(jié)合斷層相關(guān)褶皺理論，對霍爾果斯背斜地震剖面進(jìn)行解釋，得其構(gòu)造變形特征如下：深部發(fā)育大型逆沖斷層，侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)地層形成斷層轉(zhuǎn)折褶皺，向上彎曲，形成霍爾果斯深部背斜；在中深部，該逆沖斷層向上逆沖至白堊系地層后，其前端受到阻礙，發(fā)育反向的逆沖斷層，侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、古近紀(jì)地層向上褶皺彎曲變形，形成構(gòu)造三角楔；三角楔內(nèi)部同時發(fā)育反向的逆沖斷層，使得侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、古近紀(jì)地層向上隆升起，構(gòu)成復(fù)合型構(gòu)造三角楔，大幅度抬升地層，形成霍爾果斯中深部背斜；三角楔上部，發(fā)育次級逆沖斷層，切穿白堊紀(jì)、古近紀(jì)、新近紀(jì)地層，形成突發(fā)構(gòu)造；深部的逆沖斷層向北繼續(xù)發(fā)育，在勝金口組地層滑脫，侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)地層形成斷層轉(zhuǎn)折褶皺；淺部沿新近紀(jì)地層發(fā)育逆沖斷層，新近紀(jì)地層沿該斷層滑脫，發(fā)育斷層傳播褶皺，切穿古近紀(jì)和新近紀(jì)地層，并向上突破地表，形成霍爾果斯淺部背斜。綜上，霍爾果斯背斜深部發(fā)育斷層轉(zhuǎn)折褶皺，中深部發(fā)育復(fù)合型構(gòu)造三角楔，淺部發(fā)育突發(fā)構(gòu)造和斷層傳播褶皺，垂向上多重構(gòu)造疊置，構(gòu)成完整的構(gòu)造變形強(qiáng)烈的霍爾果斯復(fù)合型背斜。

3 構(gòu)造運(yùn)動學(xué)特征

根據(jù)平衡剖面技術(shù)，假定巖層長度、厚度和面積恒定，利用計(jì)算機(jī)模擬霍爾果斯背斜的正向演化過程（圖1），可驗(yàn)證上述地質(zhì)構(gòu)造解釋的合理性。準(zhǔn)噶爾盆地南緣在新生代受到青藏高原隆升的遠(yuǎn)距離影響，在持續(xù)擠壓應(yīng)力的作用下，在深部發(fā)育一條逆沖斷層，切割侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)地層，上盤沿逆沖斷層發(fā)育斷層轉(zhuǎn)折褶皺，發(fā)生構(gòu)造抬升；該條逆沖斷層發(fā)育至勝金口組，其前端受到阻礙，朝相反的方向發(fā)育逆沖斷層，切割侏羅系和古近系，兩條斷層之間形成構(gòu)造三角楔，前沖斷層的位移量轉(zhuǎn)換為反沖斷層的位移量；持續(xù)擠壓作用下，在三角楔內(nèi)部發(fā)育另一條反向逆沖斷層，同樣切穿侏羅系和古近系，形成復(fù)合型構(gòu)造三角楔，大幅抬升地層；中淺部在第一條反向逆沖斷層上發(fā)育一條新的逆沖斷層，切割白堊系、古近系、新近系，在淺部形成突發(fā)構(gòu)造；在霍爾果斯深部發(fā)育另一個條逆沖斷層，其上盤的侏羅系、白堊系沿勝金口組地層滑脫至安集海背斜深部；伴隨著天山的復(fù)活，由南安集海發(fā)育而來的斷層繼續(xù)發(fā)育，至霍爾果斯淺部形成一個逆沖斷層，使得新近紀(jì)地層沿滑脫層逆沖并突破地表，形成地層傳播褶皺，并大幅抬升地層。

圖1 霍爾果斯背斜正演模擬

通過正向演化模擬，可得該剖面的累計(jì)位移量為9km?？刂粕畈繑鄬愚D(zhuǎn)折褶皺的逆沖斷層的位移量為3km，其中有1km和0.2km的位移量通過楔形構(gòu)造反向消減，0.4km的位移量通過在淺部形成突發(fā)構(gòu)造的逆斷層消減，1.4km的位移量通過深部滑脫至安集海背斜的逆斷層形成的斷層轉(zhuǎn)折褶皺來消減，并傳播至安集海背斜；來自南安集海背斜的在淺部形成斷層傳播褶皺的逆斷層的位移量為6km，通過推覆至地表的方式消減。故從山前至盆地方向，來自南安集海背斜的位移量在傳播過程中，通過楔形構(gòu)造、斷層傳播褶皺、斷層轉(zhuǎn)折褶皺和突發(fā)構(gòu)造等方式進(jìn)行正反向消減，在垂向上疊置。

剖面全長20km，構(gòu)造縮短量的估值為西山窯組、頭屯河組、齊古組、清水河組6km，勝金口組5km，東溝組、紫泥泉子組、安集海河組4.5km，沙灣組、塔西河組10km；構(gòu)造縮短率為西山窯組、頭屯河組、齊古組、清水河組23.1%，勝金口組20%，東溝組、紫泥泉子組、安集海河組18.4%，沙灣組、塔西河組33.3%。構(gòu)造縮短量在不同組的差異主要與滑脫層的分布和逆沖斷裂體系有關(guān)，滑脫作用使得構(gòu)造變形的擠壓應(yīng)力沿滑脫層由后緣向前緣傳遞，逆斷層發(fā)育的位置和方向?qū)е聵?gòu)造帶抬升，二者綜合影響構(gòu)造縮短量的大小。

4 空間展布規(guī)律

選取過霍爾果斯背斜的六條地震剖面，對其進(jìn)行精細(xì)化解釋，選取塔沙灣組（N1s）、紫泥泉子組（E1-2z）、清水河組（K1q）、西山窯組（J2x）四套地層，建立霍爾果斯背斜三維地質(zhì)模型（圖2），可以較為直觀地呈現(xiàn)出霍爾果斯背斜的構(gòu)造形態(tài)。霍爾果斯背斜整體近東西走向，中段構(gòu)造抬升最為劇烈，向兩側(cè)逐漸趨于平緩。深部逆沖斷層逆沖角度從西到東先增加后減小；構(gòu)造三角楔在西段變形強(qiáng)度較弱且位置偏北，向東變形強(qiáng)度先增強(qiáng)再減弱，逐漸向南側(cè)的南安集海背斜靠近，構(gòu)造三角楔內(nèi)部反向逆沖斷層的數(shù)量先增加后減少；突發(fā)構(gòu)造由西向東逐漸增強(qiáng)，后逐漸消失；向北繼續(xù)發(fā)育的逆沖斷層角度平緩，向東逐漸消失；淺部的逆沖斷層在西段并未發(fā)育，向東才逐漸顯現(xiàn)。西山窯組和清水河組地層起伏較小，但在中段向上隆升幅度最大；紫泥泉子組和沙灣組地層在西段南側(cè)抬升顯著，是為背斜南側(cè)的南安集海背斜大幅度構(gòu)造抬升所影響。

截取三維地質(zhì)模型的西段、中段、東段的剖面各一條（截面位置見圖2），可得霍爾果斯背斜的空間展布規(guī)律（圖3）?；魻柟贡承毖貣|西向延展，構(gòu)造樣式相似，中部構(gòu)造變形最為劇烈，兩側(cè)變形相對平緩。在背斜西段，霍爾果斯背斜在深部發(fā)育低角度逆沖斷層，與兩條反向逆沖斷層，形成復(fù)合型構(gòu)造三角楔，淺部的構(gòu)造應(yīng)力在反向逆沖斷層突破，形成突發(fā)構(gòu)造；在背斜中段，深部逆沖斷層角度增大，反向逆沖斷層的數(shù)量從兩條增至三條，淺部新近紀(jì)地層沿逆沖斷層滑脫并突破地表，褶皺幅度增大，構(gòu)造抬升量顯著增加；在背斜東段，深部逆沖斷層角度再次減緩，反向逆沖斷層數(shù)量減少，淺部無突發(fā)構(gòu)造，背斜構(gòu)造抬升量明顯減弱。霍爾果斯背斜從西向東，逐漸向南安集海背斜靠近。

圖3 霍爾果斯背斜三維構(gòu)造地質(zhì)模型西、中、東段截面

綜上，霍爾果斯背斜在走向上，構(gòu)造變形樣式相近，構(gòu)造變形強(qiáng)度中部最強(qiáng)，向兩側(cè)逐漸減弱，具體表現(xiàn)為深部逆沖斷層角度減小，三角楔內(nèi)部反向逆沖斷層數(shù)量減少，淺部逆沖斷層發(fā)育程度減弱，突發(fā)構(gòu)造逐漸消失，致使構(gòu)造抬升量減小，構(gòu)造變形強(qiáng)度減弱。

5 結(jié)論

1）垂向上，霍爾果斯背斜深部發(fā)育斷層轉(zhuǎn)折褶皺，中深部發(fā)育復(fù)合型構(gòu)造三角楔，淺部發(fā)育突發(fā)構(gòu)造和斷層傳播褶皺，疊置構(gòu)成復(fù)合型背斜。

2）應(yīng)力方向上，霍爾果斯背斜在持續(xù)擠壓應(yīng)力作用下，深部發(fā)育逆沖斷層，其前端受阻進(jìn)而反向逆沖，在中深部形成構(gòu)造三角楔；淺部發(fā)育逆沖斷層形成突發(fā)構(gòu)造；深部繼續(xù)發(fā)育向北逆沖的斷層，淺部逆沖斷層形成斷層傳播褶皺，構(gòu)造縮短量為4.5～10km不等。位移量通過楔形構(gòu)造、斷層傳播褶皺和斷層轉(zhuǎn)折褶皺等方式進(jìn)行消減。

3）背斜走向上，霍爾果斯背斜構(gòu)造變形樣式相近，構(gòu)造變形強(qiáng)度由中部向兩側(cè)逐漸減弱，主要表現(xiàn)在深部逆沖斷層逆沖角度減小，中深部三角楔內(nèi)反向逆沖斷層數(shù)量減少，淺部逆沖斷層發(fā)育程度減弱，突發(fā)構(gòu)造逐漸消失。